[发明专利]新型复合量子阱结构的VCSEL芯片结构及制备方法

说明书

本发明公开了新型复合量子阱结构的VCSEL芯片结构及制备方法。该VCSEL芯片包括衬底；衬底上依次生长的缓冲层、N型布拉格反射镜、量子阱、氧化层、P型布拉格反射镜以及P型GaAs层；所述量子阱包括依次生长的第一space层、第一外垒层、阱垒层、第二外垒层和第二space层；所述阱垒层包括重叠生长的A1GaAs势垒和InGaAs势阱，所述重叠生长的A1GaAs势垒和InGaAs势阱中包括至少两个不同的A1GaAs势垒或/和至少两个不同的InGaAs势阱。本发明将阱垒重复循环生长方式变更为复合生长方式，生长多个MQW峰值波长，增加了增益谱宽度，更大的温度范围内得到平坦的增益。

技术领域

本发明涉及光电子、微电子领域及功率器件技术领域，具体而言，本发明涉及新型复合量子阱结构的VCSEL芯片结构及制备方法。

背景技术

垂直腔表面发射激光器(VCSEL)是指从垂直于衬底面射出激光的一种新型结构的半半导体激光器，以砷化镓半导体材料为基础研制。VCSEL主要结构分两部分：中心是有源区，包括体异质结和量子阱两种结构；其侧向结构可分为增益导引和环行掩埋异质结构两种。VCSEL从诞生起就作为新一代光存储和光通信应用的核心器件，应用在光并行处理、光识别、光互联系统、光存储等领域。随着工艺、材料技术改进，VCSEL器件在功耗、制造成本、集成、散热等领域的优势开始显现，逐渐应用于工业加热、环境监测、医疗设备等商业级应用以及3D感知等消费级应用。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出新型复合量子阱结构的VCSEL芯片结构及制备方法。本发明是提供新型复合量子阱结构的VCSEL芯片结构，将阱垒重复循环生长方式变更为复合生长方式，生长多个 MQW峰值波长，增加了增益谱宽度，更大的温度范围内得到平坦的增益。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种新型复合量子阱结构的VCSEL芯片结构。根据本发明的实施例，该新型复合量子阱结构的VCSEL芯片结构包括：

衬底；

衬底上依次生长的缓冲层、N型布拉格反射镜、量子阱、氧化层、P型布拉格反射镜以及P型GaAs层；

所述量子阱包括依次生长的第一space层、第一外垒层、阱垒层、第二外垒层和第二 space层；

所述阱垒层包括重叠生长的A1GaAs势垒和InGaAs势阱，所述重叠生长的A1GaAs势垒和InGaAs势阱中包括至少两个不同的A1GaAs势垒或/和至少两个不同的InGaAs势阱。

根据本发明上述实施例的新型复合量子阱结构的VCSEL芯片结构，重叠生长的A1GaAs势垒和InGaAs势阱中包括至少两个不同的A1GaAs势垒或/和至少两个不同的InGaAs势阱，每层将阱垒循环等同生长方式变更为循环不等同生长方式，每个势阱或者势垒的生长条件均不一致，从而达到生长多个增益谱峰值波长的目的，涵盖温漂的波长变化范围，增加了增益谱宽度，更大的温度范围内得到平坦的增益。

另外，根据本发明上述实施例的新型复合量子阱结构的VCSEL芯片结构还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述至少两个不同的InGaAs势阱为至少两个厚度不同的 InGaAs势阱。

在本发明的一些实施例中，所述厚度不同的InGaAs势阱的厚度差为0.05-0.15nm。

在本发明的一些实施例中，所述至少两个厚度不同的InGaAs势阱包括7nm的In0.072GaAs势阱、7.1nm的In0.072GaAs势阱和7.2nm的In0.072GaAs势阱。

在本发明的一些实施例中，所述至少两个不同的InGaAs势阱为至少两个In的摩尔量不同的InGaAs势阱。